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考向3 生态工程及其多样性
(5年1考)
研磨真题·解高考密码
(2020·全国Ⅱ卷)植树造林、“无废弃物农业”、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题:
(1)在植树造林时,一般认为,全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比,按照种植一种植物方式所构建的生态系统,其抵抗力稳定性______________。抵抗力稳定性的含义是_____________。?
(2)“无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式,其做法是收集有机物质,包括人畜粪便、枯枝落叶等,采用堆肥和沤肥等多种方式,把它们转变为有机肥料,再施用到农田中。施用有机肥料的优点是___________
(答出3点即可)。在有机肥料的形成过程中,微生物起到了重要作用,这些微生物属于生态系统组分中的______________。?
(3)在污水净化过程中,除发挥污水处理厂的作用外,若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素,请提供一个方案:___________________。?
【解析】本题主要考查生态工程的基本原理和实例。
(1)生态系统的生物种类少,其抵抗力稳定性低。生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力,叫做抵抗力稳定性。
(2)将有机肥料施用到农田中,改善了土壤结构;培育了土壤微生物;实现了土壤养分的循环利用。腐生的微生物属于生态系统组分中的分解者。
(3)在浮床上种植特殊的水生植物吸收水中的金属元素,再从植物中回收金属。
答案:(1)低 生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(不受损害)的能力
(2)改善了土壤结构;培育了土壤微生物;实现了土壤养分的循环利用 分解者
(3)种植能吸收这些金属元素的水生植物,再从植物中回收金属
【审答思维】
1.审要求:生态系统的抵抗力稳定性、有机肥的优点、生态系统的组成成分。
2.解题流程:
【命题陷阱】
陷阱1:生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性不同:
(1)抵抗力稳定性:指抵抗干扰,保持原状。
(2)恢复力稳定性:指受到干扰,恢复原状。
陷阱2:土壤微生物的作用不唯一:最主要的作用是分解有机质,还可以形成土壤结构,降解土壤中的有害物质、固氮作用等。
生态农业是我国北方典型的生态农业模式,它以沼气为纽带,将养猪、养鸭、种植农作物、养蘑菇、沼气工程等多个生产过程有机地结合起来,成为一种高效良性的循环,生态效益得到了良性发展。如图是该系统物质循环的示意图,请分析回答下列问题:
新题预测·技法演练场
(1)生态工程建设的目的就是遵循自然界________的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统工程相比较,生态工程是一类______________________的工程体系。?
(2)该生态农业模式的建立要考虑环境承载力,处理好生物与环境的协调与平衡,这体现了生态工程的________原理。该生态农业模式的建立不但要考虑自然生态系统的规律,还要考虑经济与社会等系统的影响力,这体现了生态工程的________原理。??
(3)这种生产模式对环境的污染小,因为生产一种产品时产生的有机废物变成了____________________________。与普通的农业生态系统相比,“四位一体”生态农业具有更大的产出投入比的原因主要是_____________________。?
【解析】(1)生态工程是指人类应用自然生态系统和系统学等学科的基本原理
和方法,通过系统设计和调控技术组装,对已被破坏的生态环境进行修复、重建,
对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力,从
而促进人类社会和自然环境的和谐发展。生态工程建设的目的就是遵循自然界
物质循环的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生
态效益的同步发展。与传统工程相比较,生态工程是一类少消耗、多效益、可
持续的工程体系。(2)该生态农业模式的建立要考虑环境承载力,处理好生物与
环境的协调与平衡,这体现了生态工程的协调与平衡原理。该生态农业模式的
建立不但要考虑自然生态系统的规律,还要考虑经济与社会等系统的影响力,这体现了生态工程的整体性原理。(3)这种生产模式对环境的污染小,因为生产一种产品时产生的有机废物变成了生产另一种产品的原料(或另一种产品的投入)。与普通的农业生态系统相比,“四位一体”生态农业具有更大的产出投入比的原因主要是秸秆、人畜粪便中的能量被多级利用(或充分利用了废弃物中的能量)。
答案:(1)物质循环 少消耗、多效益、可持续
(2)协调与平衡 整体性
(3)生产另一种产品的原料(或另一种产品的投入) 秸秆、人畜粪便中的能量被多级利用(或充分利用了废弃物中的能量)
【高分必备点】
1.生态工程的概念:
(1)理论基础:生态学和系统学。
(2)技术手段:通过系统设计和调控技术组装。
(3)操作过程:对已破坏的生态环境进行修复、重建,对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。
(4)终极目的:促进人类社会的可持续发展以及与自然的和谐发展。
2.生态工程的基本原理:
(1)物质循环再生原理:基础是物质循环。
(2)物种多样性原理:基础是生态系统的抵抗力稳定性。
(3)整体性原理:基础是社会—经济—自然复合系统。
(4)协调与平衡原理:基础是生物与环境的协调平衡。
(5)系统学和工程学原理;基础是分布式结构可靠性优于集中式和环式结构。
【规避失分点】
1.畜牧养殖和过度放牧依据的原理不同:
(1)畜牧养殖:需要注意环境容纳量,依据的是协调与平衡原理。
(2)过度放牧:一方面减少畜牧量,另一方面增加收入,依据的是整体性原理。
2.不同的生态系统建设遵循的基本原理可能有交叉:
(1)小流域综合治理生态工程:应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理以及工程学原理。
(2)农村综合发展型生态工程:运用了物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理。
【深挖增分点】
对于四种“农业”的认识
(1)立体农业:运用群落的空间结构原理,为充分利用空间和资源而发展起来的一种农业生产模式,例如果树——草菇结构、桉树——菠萝结构。
(2)无废弃物农业:利用物质循环再生原理,积极种植固氮作物,收集一切有机质转变为有机肥料,改善土壤结构,培育微生物,实现土壤养分的循环利用。
(3)石油农业:大量使用化肥、农药和机械的农业生产方式,产生的废弃物和有害物数量庞大,削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力。
(4)传统农业:不注重生态环境保护,没有考虑生态成本,经济发展以巨大的生态环境破坏为代价。
【高分必做题】
1.2020年3月16日,中国科学家陈薇院士团队研制的重组新冠疫苗通过临床研究注册审评,获批进入临床试验。重组新冠疫苗的制备流程如图。
高考命题·猜押竞技场
回答下列问题。
(1)接种新冠疫苗的目的是:__________________________。?
(2)步骤②需要____________作为原料。步骤③需要的工具酶是________________。步骤④是____________________________。?
(3)被用作载体的Ad5应具有的特点是________________________(答出2点即可),拼装S蛋白基因重组载体所需的工具酶有:________________。?
(4)重组疫苗注入志愿者体内后,S蛋白基因指导合成的S蛋白作为__________,
刺激机体产生能与之相结合的抗体,抗体的分泌量可作为检测疫苗对志愿者免
疫效果的指标。参加临床试验的志愿者需要满足的条件之一是________(填
“有”或“无”)SARS-CoV-2感染史,理由是________________________。?
(5)为探究疫苗的注射剂量对志愿者产生的免疫效果,需进一步实验,请写出实
验思路___________________________________________________________。?
【解析】(1)接种新冠疫苗的目的是使机体产生抗新冠病毒的特异性免疫。
(2)步骤②为逆转录过程,合成的产物是DNA,因此需要脱氧核苷酸作为原料。
步骤③为利用PCR技术扩增获得S蛋白基因的过程,该过程需要的酶是Taq酶(耐
高温的DNA聚合酶),同时还需要用限制酶对获得的S蛋白基因进行修饰。步骤④
为构建目的基因表达载体的过程,即重组新冠疫苗的过程。
(3)Ad5作为载体应具有的特点是DNA分子上有一至多个限制酶切割位点、有标记
基因位点、在宿主细胞中可以存活表达、大小适中而且对宿主细胞无害等。构
建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。
(4)重组疫苗注入志愿者体内后,S蛋白基因指导合成的S蛋白作为抗原,刺激机体产生特异性免疫过程,机体免疫系统产生能与之相结合的抗体,抗体的分泌量可作为检测疫苗对志愿者免疫效果的指标。参加临床试验的志愿者需要满足无SARS-CoV-2感染史,即未感染过新冠病毒,因为感染过新冠病毒的人体内含有对新冠病毒的记忆细胞,若注射疫苗会出现二次免疫的特征,即体内的记忆细胞会迅速增殖分化产生大量的浆细胞,浆细胞合成并分泌大量的抗体,从而导致无法检测出该疫苗的真正效果。
(5)实验目的为探究疫苗的注射剂量对志愿者产生的免疫效果,根据实验目的可知,该实验的自变量为疫苗的剂量,因变量为抗体产生量的变化,因此设计实验如下:将同性别且年龄相当的志愿者随机分成若干组,然后给不同组别的志愿者注射不同剂量梯度的疫苗,一段时间之后,检测志愿者体内的抗体产生量,做好记录并比较、分析得出结论。
答案:(1)使机体产生抗新冠病毒的特异性免疫
(2)脱氧核苷酸 Taq酶(和限制酶) 基因表达载体的构建
(3)能自我复制、有一个至多个切割位点(有标记基因位点、对受体细胞无害) 限制酶和DNA连接酶
(4)抗原 无 有SARS-CoV-2感染史的志愿者血清中会存在一定量的相应抗体,对试验结果产生干扰
(5)给不同组同性别且年龄相当的志愿者分别注射不同剂量的疫苗,一段时间后采集血样检测相应抗体的水平
2.“黄金大米”是一种新型转基因大米,其胡萝卜素的含量是普通大米的23倍,因大米抛光后呈现黄色而得名。通过转基因技术将胡萝卜素转化酶体系转入到大米胚乳中获得“黄金大米”的培育流程如图所示。请回答下列问题:(已知酶Ⅰ的识别序列和切点是-G↓GATCC-,酶Ⅱ的识别序列和切点是-↓GATC-)
(1)图中基因Ⅰ、Ⅱ的作用是________________________。?
(2)图中涉及的酶Ⅰ或酶Ⅱ主要是从________中分离纯化出来的。据图分析,在
构建基因表达载体c的过程中,质粒需用________(填“限制酶Ⅰ”或“限制酶
Ⅱ”)进行切割。?
(3)图中通过过程a、b获取目的基因的方法是______法,该方法获得的目的基因
________(填“含”或“不含”)启动子。若过程d用到了农杆菌转化法,则目的
基因插入c的位置应该是__________。?
(4)过程e运用了细胞工程中的____________技术;该过程需要用到的植物激素
有:__________________。为检测水稻细胞中是否表达出胡萝卜素转化酶,用到
的检测方法是:__________________。?
【解析】(1)由图可知,基因Ⅰ、Ⅱ均可作为标记基因,其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。
(2)图中涉及的酶Ⅰ或酶Ⅱ为限制酶,主要是从原核生物中分离纯化出来的。由于酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—,酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—,若用酶Ⅱ切割质粒会导致两个标记基因均被破坏,因此在构建基因表达载体c的过程中,质粒需用限制酶Ⅰ进行切割。
(3)图中通过过程a、b获取目的基因的方法是逆转录法,该方法获得的目的基因不含启动子。农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。因此若过程d用到了农杆菌转化法,则目的基因插入c的位置应该是Ti质粒的T-DNA上。
(4)过程e为植物组织培养过程,该过程中用到了生长素和细胞分裂素。为检测水稻细胞中是否表达出胡萝卜素转化酶,可用抗原—抗体杂交法。
答案:(1)作为标记基因,供重组DNA的鉴定和选择(作为标记基因,鉴别受体细胞是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来)
(2)原核生物 限制酶Ⅰ
(3)反转录(逆转录) 不含 Ti质粒的T-DNA上
(4)植物组织培养 生长素和细胞分裂素 抗原-抗体杂交法
3.凤梨草莓是一种外形酷似草莓,口感酷似凤梨的水果,被誉为“果中皇后”。如图表示利用现代生物技术改良野生草莓品系的过程。请回答下列问题:
(1)将野生绿色草莓的叶片离体组织培养成四倍体试管苗的过程,应用了植物细胞工程中的________________技术,此技术的原理是_____________________,此过程中秋水仙素的作用机理是__?________________。
(2)①过程中欲将目的基因导入四倍体草莓试管苗,获得抗虫草莓,通常要用到农杆菌,该过程中首先要将目的基因插入____________________上,这是因为________________________________。除了该方法之外,将目的基因导入植物细胞的方法还有________________。?
(3)要想通过上述过程获得具有凤梨口味的抗虫草莓新品种,____________(填“能”或“不能”)利用抗虫草莓和凤梨草莓进行杂交的方法获得可以稳定遗传的新品种,原因是________________________________。从细胞工程技术角度考虑,可行的方法是________________________________________。?
(4)帮助农民发展经济时,要注意一些实际问题,如草莓新品系应种植在阳光充足,疏水性好的土壤里,这主要体现了生态工程的_______________________。?
【解析】(1)将野生绿色草莓的叶片离体组织培养成四倍体试管苗的过程,应用了植物组织培养技术,该技术的原理是植物细胞的全能性,该过程中秋水仙素的作用机理是抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,使染色体数目加倍。
(2)农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,根据农杆菌的这一特点,如果将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到植物细胞中染色体的DNA上;除此之外,将目的基因导入植物细胞的方法还有基因枪法等。
(3)抗虫草莓是四倍体,凤梨草莓是八倍体,两者杂交得到的六倍体新品种是可育的,可以稳定遗传。从细胞工程技术角度考虑,利用植物体细胞杂交技术,先用花药离体培养分别获得抗虫草莓和凤梨草莓的单倍体,再用植物体细胞杂交技术获得具有凤梨口味的抗虫草莓新品种。
(4)生物只有适应一定的环境才能正常生长,所以草莓新品系应种植在阳光充足,疏水性好的土壤里,这主要体现了生态工程的协调与平衡原理。
答案:(1)植物组织培养 植物细胞的全能性 抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,使染色体数目加倍
(2)Ti质粒的T-DNA 农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上 基因枪法等
(3)能 抗虫草莓和凤梨草莓杂交得到的六倍体新品种是可育的,可以稳定遗传 先用花药离体培养分别获得抗虫草莓和凤梨草莓的单倍体,再用植物体细胞杂交技术获得具有凤梨口味的抗虫草莓新品种
(4)协调与平衡原理
4.随着生物技术的发展,现代的试管婴儿技术不仅能解决部分人的生育问题,还能用于部分肿瘤疾病、遗传性疾病的治疗等,实现优生优育。回答下列问题:
(1)培育试管婴儿时,为了提高受孕率,需培植多个胚胎,因此需要用________处理,促进女性排出更多的卵子。?
(2)从受精卵到原肠胚需依次经历哪些时期?卵裂期→________。?
(3)一对夫妻,妻子是血友病患者,而丈夫正常。为了生育一个健康的孩子,进行胚胎移植前需要进行________,目前最有效、最准确的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:从被检测的囊胚中取出几个__________(填“滋养层”或“内细胞团”)细胞,提取DNA进行扩增,用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)制成的探针进行检测,若未出现杂交链,胚胎性别为________,而基因工程中________也会用到DNA探针。?
(4)如图是治疗性克隆时获取病人胚胎干细胞的两种方法,其中方法一中③的获得用到了________技术;方法二中获得④运用的原理是__________________。?
【解析】(1)促性腺激素能促进超数排卵。
(2)从受精卵发育至原肠胚需要依次经历的时期为卵裂期→桑椹胚期→囊胚期。
(3)血友病属于伴X染色体隐性遗传病(相关基因用B、b表示)。一对夫妻,妻子
是血友病患者(XbXb),而丈夫正常(XBY),则他们所生儿子均患病,女儿均正常,因
此为了生育一个健康的孩子,进行胚胎移植前需要进行性别鉴定。目前最有
效、最准确的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:从被检测的囊胚中取出几
个滋养层细胞,提取DNA进行扩增,用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)
制成的探针进行检测,若未出现杂交链,说明不含Y染色体,则胚胎性别为女性。
基因工程中目的基因的检测和鉴定也会用到DNA探针。
(4)方法一中③的获得用到了显微注射技术;方法二中获得④的方法是细胞融合,而细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。
答案:(1)促性腺激素 (2)桑椹胚期→囊胚期 (3)性别鉴定 滋养层 女性 目的基因的检测和鉴定 (4)显微注射 细胞膜具有一定的流动性
5.奶牛场每天排放大量的粪便、饲料残渣,如不处理会严重影响周边人、畜的饮水安全等。甲图为某奶牛场将以上废弃物置于水中制成废水后进行处理的流程图(出水口的水通过小河流入大河),乙图为小河中的浮游植物在一年内的变化曲线图,请回答:
(1)废水流入厌氧池前,需经稀释处理,是为了防止________。厌氧池中的微生物主要作用是________。?
(2)初期,氧化塘藻类大量繁殖,氧气过度消耗,水生生物因缺氧而死亡,其尸体被微生物分解加剧氧气消耗并产生有毒物质,污染进一步加剧。上述污染进一步加剧的过程属于________调节。?
A.负反馈
B.正反馈
C.激素
D.负反馈和正反馈
(3)后来,氧化塘后部大量种植莲等挺水植物,使出水口处水中的浮游藻类减少,原因是________________________________。氧化塘生态系统的主要成分是________,氧化塘后部的溶解氧含量比前部的______________。?
(4)控制废水流入氧化塘的速率,除有利于氧化塘中有机物被充分分解外,还有利于________,使出水口处的水质达到排放要求。废水不能过量流入氧化塘,说明生态系统的________。?
(5)根据乙图推测,小河中的无机盐1～2月大量下降的主要原因是______________,12月限制浮游植物繁殖的主要因素是________。?
【解析】(1)废水中含有大量的污染物,流入厌氧池,造成厌氧池浓度增大,会导致微生物失水过多死亡,因此废水流入厌氧池前,需经稀释处理。厌氧池中的微生物主要是将废水中的有机物分解为无机物。
(2)氧化塘藻类大量繁殖,氧气过度消耗,水生生物因缺氧而死亡,其尸体被微生物分解加剧氧气消耗并产生有毒物质,污染进一步加剧,属于正反馈调节。
(3)挺水植物可以遮挡阳光,影响下部的浮游藻类进行光合作用,从而影响其生长,所以氧化塘后部大量种植莲等挺水植物,使出水口处水中的浮游藻类减少,此氧化塘的主要成分是生产者。沉水植物根部的厌氧环境有利于厌氧细菌的活动,分解水中的有机物,为氧化塘后部的植物提供营养,有利于它们进行光合作用,产生氧气,因此经过处理后的氧化塘后部的溶解氧含量比前部的高。
(4)废水中含有大量的有机物,如果快速地将废水流入氧化塘,废水中有机物不能在短时间内被微生物分解,而且无机物也不能被充分吸收,使出水口处的水质不能达到排放要求,因此需要控制废水流入氧化塘的速率。生态系统的自我调节能力有一定的限度,当受到大规模干扰或外界压力超过该生态系统自身更新和自我调节能力时,便可能导致生态系统稳定性的破坏,甚至引发系统崩溃,因此废水不能过量流入氧化塘。
(5)小河中的无机盐1～2月大量下降的主要原因是浮游植物大量繁殖消耗了无机盐,12月光照强度弱而且温度比较低,影响了植物的光合作用,所以12月限制浮游植物繁殖的主要因素是温度和光照。
答案:(1)微生物失水过多而死亡 将废水中的有机物分解为无机物 (2)B (3)挺水植物起遮光作用,影响浮游藻类进行光合作用 生产者(植物) 高 (4)无机物被充分吸收 自我调节能力有限 (5)浮游植物大量繁殖消耗了无机盐 温度和光照
【学霸制胜题】
1.回答有关基因工程与微生物的问题。
利用微生物分解废纸是一种环保的方式,但废纸中的纤维素分子量大,不能直接进入酵母菌,且酵母菌无法分解利用环境中的纤维素。为解决这一难题,科学家将纤维素酶基因通过重组质粒导入酵母菌。其所用质粒及其酶切位点如图1,外源DNA上的纤维素酶基因及其酶切位点如图2。
(1)图2中的纤维素酶基因作为________,质粒作为________。?
(2)为使纤维素酶基因能够与质粒有效组合,应选用最合适的限制酶是__________,原因是__。?
(3)若质粒被HindⅢ限制酶识别的序列是—AAGCTT—,并在A与A之间切割。请画出被切割后所形成的黏性末端。
科学家进一步构建了含3种不同基因片段的重组质粒,进行了一系列的研究。
图3是酵母菌转化及纤维素酶在工程菌内合成与运输的示意图。
(4)图3中已导入重组质粒的菌株有____________。?
(5)设置菌株Ⅰ作为对照,是为了验证__________和________不携带纤维素酶基因。?
(6)将4株菌株分别置于以________为唯一碳源的培养基上,其中菌株Ⅰ、Ⅱ不能存活,请解释菌株Ⅱ不能存活的原因:________________。?
【解析】(1)图2中的纤维素酶基因作为目的基因,质粒作为运载体。
(2)为使纤维素酶基因能够与质粒有效组合,可选用不同的限制酶组合HindⅢ和PstⅠ,使形成的黏性末端不同,以防止自身环化。
(3)若质粒被HindⅢ限制酶识别的序列是—AAGCTT—,并在A与A之间切割,则被切割后所形成的黏性末端为:
—AAGCTT— —A AGCTT—
→ +
—TTCGAA— —TTCGA A—
(4)由图3分析可知,已导入重组质粒的菌株有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
(5)设置菌株Ⅰ作为对照,是为了验证质粒DNA和酵母菌基因组不携带纤维素酶基因,即普通酵母菌不能够利用环境中的纤维素。
(6)将菌株Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别置于以纤维素为唯一碳源的培养基上,其中菌株Ⅰ、Ⅱ不能存活。菌株Ⅱ不能存活的原因是缺少信号肽编码序列,导致所产生的纤维素酶无法分泌到细胞外分解细胞外的纤维素,使得细胞无可利用的碳源。
答案:(1)目的基因 运载体
(2)HindⅢ和PstⅠ 形成的黏性末端不同,可防止自身环化
(3)—A
—TTCGA AGCTT—
A—
(4)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
(5)质粒DNA 酵母菌基因组
(6)纤维素 缺少信号肽编码序列,导致所产生的纤维素酶无法分泌到细胞外分解细胞外的纤维素,使得细胞无可利用的碳源
2.正常细胞不能合成干扰素,但含有干扰素基因。我国科学家采用基因工程技术生产干扰素a-2b已实现量产。具体做法是将人体内产生干扰素的白细胞的mRNA分离,反转录得到干扰素基因。将含有四环素、氨苄青霉素抗性基因的质粒pBR322和干扰素基因进行双酶切,用连接酶连接。将重组载体DNA分子在一定条件下导入大肠杆菌,在培养基中筛选培养,检测干扰素的表达量,选出高效表达的工程菌。请回答:
(1)在分化诱导因子作用下,正常细胞可以摆脱抑制、合成干扰素,该过程发生的实质是____________________________________________。?
(2)据题图分析,构建重组载体DNA分子时,可以选用____________两种限制酶对质粒pBR322和干扰素基因进行双酶切,目的是既能保证目的基因和质粒正向连接,又能防止______________________________________________________(答两点)。?
(3)将重组质粒导入大肠杆菌中,然后将细菌涂布到含____________的选择培养基上培养,就可得到含质粒pBR322或重组质粒的细菌单菌落;再从每一个单菌落中挑取部分细菌转涂到含有______________的培养基上,不能生长的绝大部分是含有重组质粒的细菌,原因是__?_____________________________。?
(4)干扰素在体外保存非常困难,如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸,在-70
℃条件下可以保存半年。实现这一转变需要直接对____________进行修饰或改造,这属于蛋白质工程的范畴。?
【解析】(1)细胞分化的实质是基因的选择性表达,故在分化诱导因子作用下,
正常细胞可以摆脱抑制、合成干扰素,该过程发生的实质是基因的选择性表
达。(2)标记基因可用于鉴定目的基因是否导入受体细胞,所以重组质粒上至少
要保留一个标记基因,由于两个标记基因上均含有酶A的切点,所以不能用酶A切
割,为了防止连接时目的基因和质粒自身环化,故在构建重组载体DNA分子时,可
以选用酶B和酶C两种限制酶对质粒pBR322和干扰素基因进行双酶切。(3)由于
质粒和重组质粒上都含有氨苄青霉素抗性基因,而未导入质粒的细菌不含有该
抗性基因,所以将重组质粒导入大肠杆菌中,然后将细菌涂布到含氨苄青霉素的
选择培养基上培养,就可得到含质粒pBR322或重组质粒的细菌单菌落;由于目的基因的插入破坏了四环素抗性基因,重组质粒上只含有氨苄青霉素抗性基因,而质粒上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,因此再从前面培养基上获得的每一个单菌落中挑取部分细菌转涂到含有四环素的培养基上,不能生长的绝大部分是含有重组质粒的细菌。(4)蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造的一项技术。
答案:(1)基因的选择性表达 (2)酶B、酶C 质粒与目的基因自身环化;防止同时破坏质粒中的两个标记基因 (3)氨苄青霉素 四环素 目的基因的插入破坏了四环素抗性基因,重组质粒上只含有氨苄青霉素抗性基因,而质粒上含氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,在含有四环素的培养基上,导入重组质粒的细菌不能生长,而只导入质粒的细菌能生长 (4)基因
3.精子载体法是一种低成本、简单快速制备转基因动物的方法,外源基因主要通过两种方式实现基因整合,一种是直接整合到精子的基因组中;另一种是通过精子携带进入卵细胞,然后整合到受精卵的基因组中。科学家利用这种方法将能催化植酸水解的植酸酶的基因导入小鼠体内,大大提高了小鼠对食物中的磷的分解和吸收能力,回答下列问题:
(1)图示过程是将外源基因通过________的方式实现的基因整合。?
(2)上述培养含有植酸酶基因的小鼠的过程中,所涉及的现代生物技术手段主要有__________________________________(答三点),该转基因小鼠的生殖方式属于________。?
(3)体外扩增外源DNA可利用__________技术,该技术的基本原理是__________,若要将外源DNA扩增5次,需要消耗每种引物的数量为________个。可通过检测小鼠的粪便中P元素的含量来检测目的基因是否成功表达,若检测的粪便中P元素的含量显著________(填“高于”或“低于”)没有导入外源基因的小鼠,说明目的基因成功表达。?
(4)若要获得多个基因型完全相同的胚胎可采用胚胎分割技术,在对囊胚期的胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,其目的是?_______________________。?
【解析】(1)图示过程是将外源基因通过直接整合到精子基因组中的方式实现的基因整合。
(2)上述培养含有植酸酶基因的小鼠的过程中,所涉及的现代生物技术手段主要有体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植,该转基因小鼠的生殖方式属于有性生殖。
(3)可以采用PCR技术对目的基因进行体外扩增,原理是DNA双链复制,需要2种引物,每条子链延伸需要一个引物,外源DNA扩增5次,总的脱氧核苷酸链数为25×2=64,去掉原来的母链,新合成的子链有62条,共需要消耗62个引物,而引物有2种,故每种引物需要31个。植酸酶的基因导入小鼠体内成功表达后,可以大大提高小鼠对食物中的磷的分解和吸收能力,故转基因小鼠的粪便中P元素的含量显著低于没有导入外源基因的小鼠。
(4)对囊胚期的胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,其目的是避免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
答案:(1)直接整合到精子基因组中
(2)体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植
有性生殖
(3)PCR DNA双链复制 31 低于
(4)避免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育考向3 生态工程及其多样性(5年1考)
(2020·全国Ⅱ卷)植树造林、“无废弃物农业”、污水净化是建设美丽中国的重要措施。回答下列有关生态工程的问题:(1)在植树造林时,一般认为,全部种植一种植物的做法是不可取的。因为与混合种植方式所构建的生态系统相比,按照种植一种植物方式所构建的生态系统,其抵抗力稳定性______________。抵抗力稳定性的含义是__?__。?(2)“无废弃物农业”是我国利用生态工程的原理进行农业生产的一种模式,其做法是收集有机物质,包括人畜粪便、枯枝落叶等,采用堆肥和沤肥等多种方式,把它们转变为有机肥料,再施用到农田中。施用有机肥料的优点是______________________________(答出3点即可)。在有机肥料的形成过程中,微生物起到了重要作用,这些微生物属于生态系统组分中的______________。?(3)在污水净化过程中,除发挥污水处理厂的作用外,若要利用生物来回收污水中的铜、镉等金属元素,请提供一个方案:?__。?
1.审要求:生态系统的抵抗力稳定性、有机肥的优点、生态系统的组成成分。2.解题流程:
陷阱1:生态系统抵抗力稳定性和恢复力稳定性不同:(1)抵抗力稳定性:指抵抗干扰,保持原状。(2)恢复力稳定性:指受到干扰,恢复原状。陷阱2:土壤微生物的作用不唯一:最主要的作用是分解有机质,还可以形成土壤结构,降解土壤中的有害物质、固氮作用等。
生态农业是我国北方典型的生态农业模式,它以沼气为纽带,将养猪、养鸭、种植农作物、养蘑菇、沼气工程等多个生产过程有机地结合起来,成为一种高效良性的循环,生态效益得到了良性发展。如图是该系统物质循环的示意图,请分析回答下列问题:
(1)生态工程建设的目的就是遵循自然界________的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步?
发展。与传统工程相比较,生态工程是一类______________________的工程体系。?(2)该生态农业模式的建立要考虑环境承载力,处理好生物与环境的协调与平衡,这体现了生态工程的________原理。该生态农业模式的建立不但要考虑自然生态系统的规律,还要考虑经济与社会等系统的影响力,这体现了生态工程的________原理。?(3)这种生产模式对环境的污染小,因为生产一种产品时产生的有机废物变成了____________________________。与普通的农业生态系统相比,“四位一体”生态农业具有更大的产出投入比的原因主要是__?__。?
1.生态工程的概念:
(1)理论基础:生态学和系统学。
(2)技术手段:通过系统设计和调控技术组装。
(3)操作过程:对已破坏的生态环境进行修复、重建,对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力。
(4)终极目的:促进人类社会的可持续发展以及与自然的和谐发展。
2.生态工程的基本原理:
(1)物质循环再生原理:基础是物质循环。
(2)物种多样性原理:基础是生态系统的抵抗力稳定性。
(3)整体性原理:基础是社会—经济—自然复合系统。
(4)协调与平衡原理:基础是生物与环境的协调平衡。
(5)系统学和工程学原理;基础是分布式结构可靠性优于集中式和环式结构。
1.畜牧养殖和过度放牧依据的原理不同:
(1)畜牧养殖:需要注意环境容纳量,依据的是协调与平衡原理。
(2)过度放牧:一方面减少畜牧量,另一方面增加收入,依据的是整体性原理。
2.不同的生态系统建设遵循的基本原理可能有交叉:
(1)小流域综合治理生态工程:应用了生态工程的整体性原理、协调与平衡原理以及工程学原理。
(2)农村综合发展型生态工程:运用了物质循环再生原理、整体性原理、物种多样性原理。
对于四种“农业”的认识
(1)立体农业:运用群落的空间结构原理,为充分利用空间和资源而发展起来的一种农业生产模式,例如果树——草菇结构、桉树——菠萝结构。
(2)无废弃物农业:利用物质循环再生原理,积极种植固氮作物,收集一切有机质转变为有机肥料,改善土壤结构,培育微生物,实现土壤养分的循环利用。
(3)石油农业:大量使用化肥、农药和机械的农业生产方式,产生的废弃物和有害物数量庞大,削弱了农业生态系统的稳定性和持续生产力。
(4)传统农业:不注重生态环境保护,没有考虑生态成本,经济发展以巨大的生态环境破坏为代价。
1.2020年3月16日,中国科学家陈薇院士团队研制的重组新冠疫苗通过临床研究注册审评,获批进入临床试验。重组新冠疫苗的制备流程如图。
回答下列问题。
(1)接种新冠疫苗的目的是:__________________________。?
(2)步骤②需要____________作为原料。步骤③需要的工具酶是________________。步骤④是____________________________。?
(3)被用作载体的Ad5应具有的特点是________________________(答出2点即可),拼装S蛋白基因重组载体所需的工具酶有:__?_________________。?
(4)重组疫苗注入志愿者体内后,S蛋白基因指导合成的S蛋白作为________
________________,刺激机体产生能与之相结合的抗体,抗体的分泌量可作为检测疫苗对志愿者免疫效果的指标。参加临床试验的志愿者需要满足的条件之一是________(填“有”或“无”)SARS-CoV-2感染史,理由是_____________。?
(5)为探究疫苗的注射剂量对志愿者产生的免疫效果,需进一步实验,请写出实验思路___________________________________________________________
___________。?
2.“黄金大米”是一种新型转基因大米,其胡萝卜素的含量是普通大米的23倍,因大米抛光后呈现黄色而得名。通过转基因技术将胡萝卜素转化酶体系转入到大米胚乳中获得“黄金大米”的培育流程如图所示。请回答下列问题:(已知酶Ⅰ的识别序列和切点是-G↓GATCC-,酶Ⅱ的识别序列和切点是-↓GATC-)
(1)图中基因Ⅰ、Ⅱ的作用是________________________。?
(2)图中涉及的酶Ⅰ或酶Ⅱ主要是从________中分离纯化出来的。据图分析,在构建基因表达载体c的过程中,质粒需用________(填“限制酶Ⅰ”或“限制酶Ⅱ”)进行切割。?
(3)图中通过过程a、b获取目的基因的方法是______法,该方法获得的目的基因________(填“含”或“不含”)启动子。若过程d用到了农杆菌转化法,则目的基因插入c的位置应该是__________。?
(4)过程e运用了细胞工程中的____________技术;该过程需要用到的植物激素有:__________________。为检测水稻细胞中是否表达出胡萝卜素转化酶,用到的检测方法是:__________________。?
3.凤梨草莓是一种外形酷似草莓,口感酷似凤梨的水果,被誉为“果中皇后”。如图表示利用现代生物技术改良野生草莓品系的过程。请回答下列问题:
(1)将野生绿色草莓的叶片离体组织培养成四倍体试管苗的过程,应用了植物细胞工程中的________________技术,此技术的原理是______________________,
此过程中秋水仙素的作用机理是__?________________。?
(2)①过程中欲将目的基因导入四倍体草莓试管苗,获得抗虫草莓,通常要用到农杆菌,该过程中首先要将目的基因插入____________________上,这是因为________________________________。除了该方法之外,将目的基因导入植物细胞的方法还有________________。?
(3)要想通过上述过程获得具有凤梨口味的抗虫草莓新品种,____________(填“能”或“不能”)利用抗虫草莓和凤梨草莓进行杂交的方法获得可以稳定遗传的新品种,原因是________________________________。从细胞工程技术角度考虑,可行的方法是________________________________________。?
(4)帮助农民发展经济时,要注意一些实际问题,如草莓新品系应种植在阳光充足,疏水性好的土壤里,这主要体现了生态工程的________________________。?
4.随着生物技术的发展,现代的试管婴儿技术不仅能解决部分人的生育问题,还能用于部分肿瘤疾病、遗传性疾病的治疗等,实现优生优育。回答下列问题:
(1)培育试管婴儿时,为了提高受孕率,需培植多个胚胎,因此需要用________处理,促进女性排出更多的卵子。?
(2)从受精卵到原肠胚需依次经历哪些时期?卵裂期→________。?
(3)一对夫妻,妻子是血友病患者,而丈夫正常。为了生育一个健康的孩子,进行胚胎移植前需要进行________,目前最有效、最准确的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:从被检测的囊胚中取出几个__________(填“滋养层”或“内细胞团”)细胞,提取DNA进行扩增,用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)制成的探针进行检测,若未出现杂交链,胚胎性别为________,而基因工程中________也会用到DNA探针。?
(4)如图是治疗性克隆时获取病人胚胎干细胞的两种方法,其中方法一中③的获得用到了________技术;方法二中获得④运用的原理是___________________。?
5.奶牛场每天排放大量的粪便、饲料残渣,如不处理会严重影响周边人、畜的饮水安全等。甲图为某奶牛场将以上废弃物置于水中制成废水后进行处理的流程图(出水口的水通过小河流入大河),乙图为小河中的浮游植物在一年内的变化曲线图,请回答:
(1)废水流入厌氧池前,需经稀释处理,是为了防止________。厌氧池中的微生物主要作用是________。?
(2)初期,氧化塘藻类大量繁殖,氧气过度消耗,水生生物因缺氧而死亡,其尸体被微生物分解加剧氧气消耗并产生有毒物质,污染进一步加剧。上述污染进一步加剧的过程属于________调节。?
A.负反馈
B.正反馈
C.激素
D.负反馈和正反馈
(3)后来,氧化塘后部大量种植莲等挺水植物,使出水口处水中的浮游藻类减少,原因是________________________________。氧化塘生态系统的主要成分是________,氧化塘后部的溶解氧含量比前部的______________。?
(4)控制废水流入氧化塘的速率,除有利于氧化塘中有机物被充分分解外,还有利于________,使出水口处的水质达到排放要求。废水不能过量流入氧化塘,说明生态系统的________。?
(5)根据乙图推测,小河中的无机盐1～2月大量下降的主要原因是______________,12月限制浮游植物繁殖的主要因素是________。?
1.回答有关基因工程与微生物的问题。
利用微生物分解废纸是一种环保的方式,但废纸中的纤维素分子量大,不能直接进入酵母菌,且酵母菌无法分解利用环境中的纤维素。为解决这一难题,科学家将纤维素酶基因通过重组质粒导入酵母菌。其所用质粒及其酶切位点如图1,外源DNA上的纤维素酶基因及其酶切位点如图2。
(1)图2中的纤维素酶基因作为________,质粒作为________。?
(2)为使纤维素酶基因能够与质粒有效组合,应选用最合适的限制酶是__________,原因是________________________________。?
(3)若质粒被HindⅢ限制酶识别的序列是—AAGCTT—,并在A与A之间切割。请画出被切割后所形成的黏性末端。
科学家进一步构建了含3种不同基因片段的重组质粒,进行了一系列的研究。图3是酵母菌转化及纤维素酶在工程菌内合成与运输的示意图。
(4)图3中已导入重组质粒的菌株有____________。?
(5)设置菌株Ⅰ作为对照,是为了验证__________和________不携带纤维素酶基因。?
(6)将4株菌株分别置于以________为唯一碳源的培养基上,其中菌株Ⅰ、Ⅱ不能存活,请解释菌株Ⅱ不能存活的原因:________________。?
2.正常细胞不能合成干扰素,但含有干扰素基因。我国科学家采用基因工程技术生产干扰素a-2b已实现量产。具体做法是将人体内产生干扰素的白细胞的mRNA分离,反转录得到干扰素基因。将含有四环素、氨苄青霉素抗性基因的质粒pBR322和干扰素基因进行双酶切,用连接酶连接。将重组载体DNA分子在一定条件下导入大肠杆菌,在培养基中筛选培养,检测干扰素的表达量,选出高效表达的工程菌。请回答:
(1)在分化诱导因子作用下,正常细胞可以摆脱抑制、合成干扰素,该过程发生的实质是____________________________________________。?
(2)据题图分析,构建重组载体DNA分子时,可以选用____________两种限制酶对质粒pBR322和干扰素基因进行双酶切,目的是既能保证目的基因和质粒正向连接,又能防止______________________________________________________(答两点)。?
(3)将重组质粒导入大肠杆菌中,然后将细菌涂布到含____________的选择培养基上培养,就可得到含质粒pBR322或重组质粒的细菌单菌落;再从每一个单菌落中挑取部分细菌转涂到含有______________的培养基上,不能生长的绝大部分是含有重组质粒的细菌,原因是__?__________________________。?
(4)干扰素在体外保存非常困难,如果将其分子中的一个半胱氨酸变成丝氨酸,在-70
℃条件下可以保存半年。实现这一转变需要直接对____________进行修饰或改造,这属于蛋白质工程的范畴。?
3.精子载体法是一种低成本、简单快速制备转基因动物的方法,外源基因主要通过两种方式实现基因整合,一种是直接整合到精子的基因组中;另一种是通过精子携带进入卵细胞,然后整合到受精卵的基因组中。科学家利用这种方法将能催化植酸水解的植酸酶的基因导入小鼠体内,大大提高了小鼠对食物中的磷的分解和吸收能力,回答下列问题:
(1)图示过程是将外源基因通过________的方式实现的基因整合。?
(2)上述培养含有植酸酶基因的小鼠的过程中,所涉及的现代生物技术手段主要有__________________________________(答三点),该转基因小鼠的生殖方式属于________。?
(3)体外扩增外源DNA可利用__________技术,该技术的基本原理是__________,若要将外源DNA扩增5次,需要消耗每种引物的数量为________个。可通过检测小鼠的粪便中P元素的含量来检测目的基因是否成功表达,若检测的粪便中P元素的含量显著________(填“高于”或“低于”)没有导入外源基因的小鼠,说明目的基因成功表达。?
(4)若要获得多个基因型完全相同的胚胎可采用胚胎分割技术,在对囊胚期的胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,其目的是?___________________________。?
专题11 现代生物科技
考向3:
///研磨真题·解高考密码///
【解析】本题主要考查生态工程的基本原理和实例。
(1)生态系统的生物种类少,其抵抗力稳定性低。生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状或不受损害的能力,叫做抵抗力稳定性。
(2)将有机肥料施用到农田中,改善了土壤结构;培育了土壤微生物;实现了土壤养分的循环利用。腐生的微生物属于生态系统组分中的分解者。
(3)在浮床上种植特殊的水生植物吸收水中的金属元素,再从植物中回收金属。
答案:(1)低 生态系统抵抗外界干扰并使自身的结构与功能保持原状(不受损害)的能力
(2)改善了土壤结构;培育了土壤微生物;实现了土壤养分的循环利用 分解者
(3)种植能吸收这些金属元素的水生植物,再从植物中回收金属
///新题预测·技法演练场///
【解析】(1)生态工程是指人类应用自然生态系统和系统学等学科的基本原理和方法,通过系统设计和调控技术组装,对已被破坏的生态环境进行修复、重建,对造成环境污染和破坏的传统生产方式进行改善,并提高生态系统的生产力,从而促进人类社会和自然环境的和谐发展。生态工程建设的目的就是遵循自然界物质循环的规律,充分发挥资源的生产潜力,防止环境污染,达到经济效益和生态效益的同步发展。与传统工程相比较,生态工程是一类少消耗、多效益、可持续的工程体系。(2)该生态农业模式的建立要考虑环境承载力,处理好生物与环境的协调与平衡,这体现了生态工程的协调与平衡原理。该生态农业模式的建立不但要考虑自然生态系统的规律,还要考虑经济与社会等系统的影响力,这体现了生态工程的整体性原理。(3)这种生产模式对环境的污染小,因为生产一种产品时产生的有机废物变成了生产另一种产品的原料(或另一种产品的投入)。与普通的农业生态系统相比,“四位一体”生态农业具有更大的产出投入比的原因主要是秸秆、人畜粪便中的能量被多级利用(或充分利用了废弃物中的能量)。
答案:(1)物质循环 少消耗、多效益、可持续
(2)协调与平衡 整体性
(3)生产另一种产品的原料(或另一种产品的投入) 秸秆、人畜粪便中的能量被多级利用(或充分利用了废弃物中的能量)
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【高分必做题】
1.【解析】(1)接种新冠疫苗的目的是使机体产生抗新冠病毒的特异性免疫。
(2)步骤②为逆转录过程,合成的产物是DNA,因此需要脱氧核苷酸作为原料。步骤③为利用PCR技术扩增获得S蛋白基因的过程,该过程需要的酶是Taq酶(耐高温的DNA聚合酶),同时还需要用限制酶对获得的S蛋白基因进行修饰。步骤④为构建目的基因表达载体的过程,即重组新冠疫苗的过程。
(3)Ad5作为载体应具有的特点是DNA分子上有一至多个限制酶切割位点、有标记基因位点、在宿主细胞中可以存活表达、大小适中而且对宿主细胞无害等。构建基因表达载体需要限制酶和DNA连接酶。
(4)重组疫苗注入志愿者体内后,S蛋白基因指导合成的S蛋白作为抗原,刺激机体产生特异性免疫过程,机体免疫系统产生能与之相结合的抗体,抗体的分泌量可作为检测疫苗对志愿者免疫效果的指标。参加临床试验的志愿者需要满足无SARS-CoV-2感染史,即未感染过新冠病毒,因为感染过新冠病毒的人体内含有对新冠病毒的记忆细胞,若注射疫苗会出现二次免疫的特征,即体内的记忆细胞会迅速增殖分化产生大量的浆细胞,浆细胞合成并分泌大量的抗体,从而导致无法检测出该疫苗的真正效果。
(5)实验目的为探究疫苗的注射剂量对志愿者产生的免疫效果,根据实验目的可知,该实验的自变量为疫苗的剂量,因变量为抗体产生量的变化,因此设计实验如下:将同性别且年龄相当的志愿者随机分成若干组,然后给不同组别的志愿者注射不同剂量梯度的疫苗,一段时间之后,检测志愿者体内的抗体产生量,做好记录并比较、分析得出结论。
答案:(1)使机体产生抗新冠病毒的特异性免疫
(2)脱氧核苷酸 Taq酶(和限制酶) 基因表达载体的构建
(3)能自我复制、有一个至多个切割位点(有标记基因位点、对受体细胞无害) 限制酶和DNA连接酶
(4)抗原 无 有SARS-CoV-2感染史的志愿者血清中会存在一定量的相应抗体,对试验结果产生干扰
(5)给不同组同性别且年龄相当的志愿者分别注射不同剂量的疫苗,一段时间后采集血样检测相应抗体的水平
2.【解析】(1)由图可知,基因Ⅰ、Ⅱ均可作为标记基因,其作用是鉴别受体细胞是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来。
(2)图中涉及的酶Ⅰ或酶Ⅱ为限制酶,主要是从原核生物中分离纯化出来的。由于酶Ⅰ的识别序列和切点是—G↓GATCC—,酶Ⅱ的识别序列和切点是—↓GATC—,若用酶Ⅱ切割质粒会导致两个标记基因均被破坏,因此在构建基因表达载体c的过程中,质粒需用限制酶Ⅰ进行切割。
(3)图中通过过程a、b获取目的基因的方法是逆转录法,该方法获得的目的基因不含启动子。农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上。因此若过程d用到了农杆菌转化法,则目的基因插入c的位置应该是Ti质粒的T-DNA上。
(4)过程e为植物组织培养过程,该过程中用到了生长素和细胞分裂素。为检测水稻细胞中是否表达出胡萝卜素转化酶,可用抗原—抗体杂交法。
答案:(1)作为标记基因,供重组DNA的鉴定和选择(作为标记基因,鉴别受体细胞是否含有目的基因,从而将含有目的基因的细胞筛选出来)
(2)原核生物 限制酶Ⅰ
(3)反转录(逆转录) 不含 Ti质粒的T-DNA上
(4)植物组织培养 生长素和细胞分裂素 抗原-抗体杂交法
3.【解析】(1)将野生绿色草莓的叶片离体组织培养成四倍体试管苗的过程,应用了植物组织培养技术,该技术的原理是植物细胞的全能性,该过程中秋水仙素的作用机理是抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,使染色体数目加倍。
(2)农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上,根据农杆菌的这一特点,如果将目的基因插入到Ti质粒的T-DNA上,通过农杆菌的转化作用,就可以把目的基因整合到植物细胞中染色体的DNA上;除此之外,将目的基因导入植物细胞的方法还有基因枪法等。
(3)抗虫草莓是四倍体,凤梨草莓是八倍体,两者杂交得到的六倍体新品种是可育的,可以稳定遗传。从细胞工程技术角度考虑,利用植物体细胞杂交技术,先用花药离体培养分别获得抗虫草莓和凤梨草莓的单倍体,再用植物体细胞杂交技术获得具有凤梨口味的抗虫草莓新品种。
(4)生物只有适应一定的环境才能正常生长,所以草莓新品系应种植在阳光充足,疏水性好的土壤里,这主要体现了生态工程的协调与平衡原理。
答案:(1)植物组织培养 植物细胞的全能性 抑制纺锤体的形成,导致染色体不能移向细胞两极,使染色体数目加倍
(2)Ti质粒的T-DNA 农杆菌中的Ti质粒上的T-DNA可转移至受体细胞,并且整合到受体细胞染色体的DNA上 基因枪法等
(3)能 抗虫草莓和凤梨草莓杂交得到的六倍体新品种是可育的,可以稳定遗传 先用花药离体培养分别获得抗虫草莓和凤梨草莓的单倍体,再用植物体细胞杂交技术获得具有凤梨口味的抗虫草莓新品种
(4)协调与平衡原理
4.【解析】(1)促性腺激素能促进超数排卵。
(2)从受精卵发育至原肠胚需要依次经历的时期为卵裂期→桑椹胚期→囊胚期。
(3)血友病属于伴X染色体隐性遗传病(相关基因用B、b表示)。一对夫妻,妻子是血友病患者(XbXb),而丈夫正常(XBY),则他们所生儿子均患病,女儿均正常,因此为了生育一个健康的孩子,进行胚胎移植前需要进行性别鉴定。目前最有效、最准确的方法是SRY-PCR法,操作的基本程序是:从被检测的囊胚中取出几个滋养层细胞,提取DNA进行扩增,用位于Y染色体上的性别决定基因(即SRY基因)制成的探针进行检测,若未出现杂交链,说明不含Y染色体,则胚胎性别为女性。基因工程中目的基因的检测和鉴定也会用到DNA探针。
(4)方法一中③的获得用到了显微注射技术;方法二中获得④的方法是细胞融合,而细胞融合的原理是细胞膜具有一定的流动性。
答案:(1)促性腺激素 (2)桑椹胚期→囊胚期 (3)性别鉴定 滋养层 女性 目的基因的检测和鉴定 (4)显微注射 细胞膜具有一定的流动性
5.【解析】(1)废水中含有大量的污染物,流入厌氧池,造成厌氧池浓度增大,会导致微生物失水过多死亡,因此废水流入厌氧池前,需经稀释处理。厌氧池中的微生物主要是将废水中的有机物分解为无机物。
(2)氧化塘藻类大量繁殖,氧气过度消耗,水生生物因缺氧而死亡,其尸体被微生物分解加剧氧气消耗并产生有毒物质,污染进一步加剧,属于正反馈调节。
(3)挺水植物可以遮挡阳光,影响下部的浮游藻类进行光合作用,从而影响其生长,所以氧化塘后部大量种植莲等挺水植物,使出水口处水中的浮游藻类减少,此氧化塘的主要成分是生产者。沉水植物根部的厌氧环境有利于厌氧细菌的活动,分解水中的有机物,为氧化塘后部的植物提供营养,有利于它们进行光合作用,产生氧气,因此经过处理后的氧化塘后部的溶解氧含量比前部的高。
(4)废水中含有大量的有机物,如果快速地将废水流入氧化塘,废水中有机物不能在短时间内被微生物分解,而且无机物也不能被充分吸收,使出水口处的水质不能达到排放要求,因此需要控制废水流入氧化塘的速率。生态系统的自我调节能力有一定的限度,当受到大规模干扰或外界压力超过该生态系统自身更新和自我调节能力时,便可能导致生态系统稳定性的破坏,甚至引发系统崩溃,因此废水不能过量流入氧化塘。
(5)小河中的无机盐1～2月大量下降的主要原因是浮游植物大量繁殖消耗了无机盐,12月光照强度弱而且温度比较低,影响了植物的光合作用,所以12月限制浮游植物繁殖的主要因素是温度和光照。
答案:(1)微生物失水过多而死亡 将废水中的有机物分解为无机物 (2)B (3)挺水植物起遮光作用,影响浮游藻类进行光合作用 生产者(植物) 高 (4)无机物被充分吸收 自我调节能力有限 (5)浮游植物大量繁殖消耗了无机盐 温度和光照
【学霸制胜题】
1.【解析】(1)图2中的纤维素酶基因作为目的基因,质粒作为运载体。
(2)为使纤维素酶基因能够与质粒有效组合,可选用不同的限制酶组合HindⅢ和PstⅠ,使形成的黏性末端不同,以防止自身环化。
(3)若质粒被HindⅢ限制酶识别的序列是—AAGCTT—,并在A与A之间切割,则被切割后所形成的黏性末端为:
—AAGCTT— —A AGCTT—
→ +
—TTCGAA— —TTCGA A—
(4)由图3分析可知,已导入重组质粒的菌株有Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
(5)设置菌株Ⅰ作为对照,是为了验证质粒DNA和酵母菌基因组不携带纤维素酶基因,即普通酵母菌不能够利用环境中的纤维素。
(6)将菌株Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分别置于以纤维素为唯一碳源的培养基上,其中菌株Ⅰ、Ⅱ不能存活。菌株Ⅱ不能存活的原因是缺少信号肽编码序列,导致所产生的纤维素酶无法分泌到细胞外分解细胞外的纤维素,使得细胞无可利用的碳源。
答案:(1)目的基因 运载体
(2)HindⅢ和PstⅠ 形成的黏性末端不同,可防止自身环化
(3)—A
—TTCGA AGCTT—
A—
(4)Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ
(5)质粒DNA 酵母菌基因组
(6)纤维素 缺少信号肽编码序列,导致所产生的纤维素酶无法分泌到细胞外分解细胞外的纤维素,使得细胞无可利用的碳源
2.【解析】(1)细胞分化的实质是基因的选择性表达,故在分化诱导因子作用下,正常细胞可以摆脱抑制、合成干扰素,该过程发生的实质是基因的选择性表达。(2)标记基因可用于鉴定目的基因是否导入受体细胞,所以重组质粒上至少要保留一个标记基因,由于两个标记基因上均含有酶A的切点,所以不能用酶A切割,为了防止连接时目的基因和质粒自身环化,故在构建重组载体DNA分子时,可以选用酶B和酶C两种限制酶对质粒pBR322和干扰素基因进行双酶切。(3)由于质粒和重组质粒上都含有氨苄青霉素抗性基因,而未导入质粒的细菌不含有该抗性基因,所以将重组质粒导入大肠杆菌中,然后将细菌涂布到含氨苄青霉素的选择培养基上培养,就可得到含质粒pBR322或重组质粒的细菌单菌落;由于目的基因的插入破坏了四环素抗性基因,重组质粒上只含有氨苄青霉素抗性基因,而质粒上含有氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,因此再从前面培养基上获得的每一个单菌落中挑取部分细菌转涂到含有四环素的培养基上,不能生长的绝大部分是含有重组质粒的细菌。(4)蛋白质工程是通过基因修饰或基因合成,对现有蛋白质进行改造的一项技术。
答案:(1)基因的选择性表达 (2)酶B、酶C 质粒与目的基因自身环化;防止同时破坏质粒中的两个标记基因 (3)氨苄青霉素 四环素 目的基因的插入破坏了四环素抗性基因,重组质粒上只含有氨苄青霉素抗性基因,而质粒上含氨苄青霉素抗性基因和四环素抗性基因,在含有四环素的培养基上,导入重组质粒的细菌不能生长,而只导入质粒的细菌能生长 (4)基因
3.【解析】(1)图示过程是将外源基因通过直接整合到精子基因组中的方式实现的基因整合。
(2)上述培养含有植酸酶基因的小鼠的过程中,所涉及的现代生物技术手段主要有体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植,该转基因小鼠的生殖方式属于有性生殖。
(3)可以采用PCR技术对目的基因进行体外扩增,原理是DNA双链复制,需要2种引物,每条子链延伸需要一个引物,外源DNA扩增5次,总的脱氧核苷酸链数为25×2=64,去掉原来的母链,新合成的子链有62条,共需要消耗62个引物,而引物有2种,故每种引物需要31个。植酸酶的基因导入小鼠体内成功表达后,可以大大提高小鼠对食物中的磷的分解和吸收能力,故转基因小鼠的粪便中P元素的含量显著低于没有导入外源基因的小鼠。
(4)对囊胚期的胚胎分割时,要将内细胞团均等分割,其目的是避免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育。
答案:(1)直接整合到精子基因组中
(2)体外受精、早期胚胎培养和胚胎移植
有性生殖
(3)PCR DNA双链复制 31 低于
(4)避免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育
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